地铁道岔融雪设备的应用

翁 红 余 乐 刘世翔

(北京市市政工程设计研究总院 北京 100082)

1 道岔融雪设备应用于地铁的必要性

北京冬天气温寒冷，夜间气温一般都在零度以下。随着全球气候异常日益频繁，北京地区冬季降雪呈现降雪量大、分布不均匀、雪后回暖慢的特点。一旦遇到降雪天气，如人工除雪不及时，地铁露天道岔容易积雪、结冰，发生冻结，导致道岔尖轨端部与基本轨无法可靠密贴，影响道岔的可靠动作，对安全运营造成一定的隐患，直接影响轨道交通系统的运输安全和效率。

据北京地铁运营公司反映，2009年北京多场大雪对地铁地面线路的运营安全造成了比较严重的影响，5号线、13号线、机场线等均多次发生由于道岔不密贴或无法扳动造成的线路、信号故障，严重影响了行车安全和行车组织。据统计，受大雪影响最严重的是露天终点折返线区段和露天咽喉道岔区段。

以上情况说明，应在新线项目上马时，就将露天道岔融雪问题解决在设计阶段。因此，在15号线的设计过程中，设计人员考虑在露天咽喉道岔区段加装道岔融雪装置，当发生降雪时系统可自动或人工启动电加热融雪电路，以保证在积雪天气道岔设施的安全动作，并使其在新建线路运营时同步投入使用。

2 融雪设备概况与设置范围

国外道岔融雪设备应用起步于20世纪70年代的欧洲，其融雪方式主要有:电加热式、红外线加热式、燃气加热式、热风式、压缩空气式、喷灯加热式、温水喷射式、温水循环式和盐水洒水式，其中应用最多的是电加热式和燃气加热式两种。我国铁路道岔融雪设备的研发和应用起步较晚，从1996年至今处于推广使用阶段。而道岔融雪设备在地铁建设项目中的应用更是很少，北京地铁15号线工程首次在设计阶段就将道岔融雪设备融入设计方案，采用的是电加热的方式。

为确保列车安全、平稳、舒适和准点运行，经过现场调研和论证，确定在以下露天道岔区段加装融雪装置:一是应用在正线高架及地面线折返线、常用道岔区段，二是应用在车辆段及停车场咽喉道岔、进出段常用道岔。以北京地铁15号线一期工程为例，在15号线高架车站后沙峪站北侧、马泉营车辆段、俸伯停车场3处共23组道岔处安装了道岔融雪系统。

3 设计方案及其主要功能

3.1 道岔融雪设备组成

15号线道岔融雪设备主要由车站控制终端、电气控制柜、隔离变压器、接线盒、轨温传感器、雪传感器和道岔加热元件及其配套的电缆和信息通道等构成，详见图1。

3.2 设备选型及参数

3.2.1 控制终端

北京地铁15号线工程共设置3套融雪装置控制终端，分别安装在后沙峪车站综控室、车辆段综合楼控制室、停车场综合楼控制室。每套控制终端独立设置，3套控制终端之间没有数据传输和控制要求。

控制终端采用壁挂箱结构，使用19寸触摸式液晶显示器、嵌入式工控机及实时操作系统实现自动控制功能。

图1 道岔融雪系统构成

3.2.2 电气控制柜

电气控制柜用于控制现场道岔加热系统的启停、信息采集及运行状态监测，通过信号电缆与车站控制终端进行通信。电气控制柜安装在室外道岔旁，需要根据道岔的多少确定电气控制柜的数量。

1)马泉营车辆段，安装电气控制柜2台。1#电气控制柜控制6组7号道岔，总功率26.2 kW;2#电气控制柜控制4组7号道岔，总功率17.5 kW。

2)后沙峪车站，安装电气控制柜1台。电气控制柜控制6组9号道岔，总功率32.82 kW。

3)俸伯停车场，安装电气控制柜1台。电气控制柜控制7组7号道岔，总功率30.59 kW。

3.2.3 电加热元件

电加热元件是道岔融雪系统的关键部件，通过它将电能转化成热能，传递给道岔需要融雪的部位，使温度提高以融化积雪。电加热元件的设计寿命不少于15年。

电加热元件选用进口的加热条，用专用的弹性钢卡将其固定安装在每组道岔的基本轨内侧轨腰处，电加热元件和钢轨接触面为面接触，见图2～图3。电加热元件外层导热材料为不锈钢，中心的电热材料(电阻丝)为镍铬合金，电热材料和外层导热材料间为高压氧化镁绝缘层;额定工作电压为AC 220V、50 Hz，电热转换效率不小于96%。

3.2.4 隔离变压器

基于对轨道电路和人身安全的考虑，在电气控制柜和道岔加热元件之间设置隔离变压器，安装在道岔旁的变压器箱内。变压器输入电压AC380V，输出电压AC 220V，效率不低于96%。

3.2.5 轨温、雪传感器

轨温传感器安装在离电气控制柜最近的加热道岔的轨底，雪传感器安装在轨旁。传感器采集钢轨温度和降雪信息，通过电气控制柜上传至车站控制终端。每台电气控制柜配置一套轨温、雪传感器。

3.3 控制功能

3.3.1 系统控制功能

1)自动控制功能。道岔融雪系统能自动检测环境条件，下雪时自动启动加热功能，当雪停且道岔处积雪已融化就能自动停止加热。

当系统处于自动模式工作状态时，系统通过雪传感器及轨温传感器采集到降雪和钢轨温度信息后，将信息传送到电气控制柜，控制柜把采集到的信息与系统预先设定“门限”值进行比较。当低于系统所设定的“门限”值时，系统将自动启动预设的加热方案，对道岔进行加热;当加热到符合停止加热的条件时，系统将自动停止加热。

操作者可以在自己权限下对系统进行各种操作，如控制各加热回路的开关、参数的设定和改变、系统各种参数和工作状态的监测。

当自动系统出现故障需要转到手动控制功能时，系统能发出声光报警，提醒值班员。声光报警可人工投入或撤销。

2)手动控制功能。操作者可以将系统切换到手动加热模式，手动启动或关闭加热系统，包括启动或关闭任意一组道岔加热。此功能在软件系统出现故障的情况下使用。

操作者可以在融雪装置控制终端实现远程加热功能。操作者既可以在室外电气控制柜上强行打开或关闭整个系统，也可以对任意回路进行开关控制，便于维修人员检查检修。

3.3.2 自动温度控制功能

加热后控制柜可实时对钢轨温度进行测试，当达到设定温度后自动停止加热，低于设定温度后自动启动加热，既可节能，又延长了电加热元件的使用寿命。

3.3.3 过流、漏电保护功能

控制柜设置了漏电保护开关和过流保护开关，在设备发生故障时，可以对设备本身和操作人员进行保护，以免造成更大的损失。

关键部件采用了漏电保护器、变压器保护器和防雷设计，同时对加热及用电设备进行电流和电压的监控。当发生突变时，系统自动切断电源，防止电路起火及烧坏器件，保护设备和人身安全。

3.3.4 系统扩展功能

15号线的融雪系统工程共安装了4台室外电气控制柜，每台控制柜均预留了2个备用回路。例如，后沙峪站，有6组道岔需要安装融雪设备，控制系统按8组道岔(实用6组、预留2组)进行设计和控制。

3.3.5 监测功能

降雪状态及传感器工作状态监测;供电电源的电压、频率监测;总消耗功率、电流监测;各道岔加热回路消耗功率监测;各回路接触器的工作状态监测。

3.3.6 优先级功能

在现场将控制柜设置为本地手动状态，在车站应只能查询运行数据和报警信息，远程加热控制此时失效(本地控制优先于远程控制);在非手动状态时，可通过远程进行状态转换。

3.3.7 远程设置与修改控制柜参数功能

在系统终端能够设置或修改各种参数。

3.4 接口设计要求

1)道岔融雪设备按二级负荷设计，从400 V低压柜引一路380 V、50 Hz电源。

2)道岔融雪系统控制终端预留远程控制方式接口。

3)所有融雪设备与轨道距离及安装高度等均满足限界要求。控制柜柜门打开时，也不得侵入限界，不得影响司机瞭望。

4)在车辆段、停车场具有信号系统轨道电路的位置安装道岔融雪设备，融雪设备的供电不得影响信号系统轨道电路的正常工作。

5)道岔融雪设备的安装不得与转辙机动作范围内的动作轨发生冲突，不得影响道岔转辙机的动作，且不能与转辙机设备产生电气连接。

3.5 使用效果

2011年10月底，道岔融雪设备在北京地铁15号线安装调试完成并投入应用，运转稳定可靠，操控方便，融雪效果明显。23组道岔均未发现异常，未发生因积雪引发的行车故障。

4 结语

道岔融雪设备能够实现道岔的快速融雪，达到良好的融雪效果。近年来，由于北方城市在冬季时常会出现恶劣的天气，为防患于未然，确保城市地铁安全运营，道岔融雪设备值得在冬季有冰雪城市的地铁工程中推广应用。

北京地铁运营公司正在多条已运营线路中加装道岔融雪设备，由于只能在夜间施工，不仅施工组织难度加大，也容易给日常运营安全埋下隐患。建议在建设项目设计初期，同步考虑道岔融雪系统的设计方案，预留足够的用电容量，与轨道、供电、信号等专业配合，在设备的选型、布置、电缆敷设等方面综合考虑，合理规划设计方案，满足设备系统技术标准和要求，从而减轻运营阶段二次资金、设备及人力投入的负担。

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